本发明专利技术公开了了一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法及装置，通过在线分析空气中氧气、二氧化碳相关性，在线扣除背景干扰浓度，得以实现直接二氧化碳泄漏通量监测。监测装置主要包括数据监测单元、数据传输单元、数据处理单元以及监控中心，其中设计了可用于直接监测二氧化碳泄漏的样气室。本方法具有在线异常辨识、直接泄漏通量监测、监测范围广、监测精度高、受温度和压力影响范围小等优点。
【技术实现步骤摘要】
一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法及装置
本专利技术属于二氧化碳泄漏监测
，涉及一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法及装置。
技术介绍
随着地球“温室效应”产生的影响越来越强烈，各个国家都开始关注温室气体排放，二氧化碳就是其中最主要的温室气体之一。为了减少二氧化碳排放，各个国家研究者和技术人员提出了很多种方法。近年来，一种新的技术开始受到研究者们的关注，即二氧化碳捕集与封存技术(CCS技术)。这种方法首先在二氧化碳排放源，比如电厂，捕集排放的二氧化碳，然后将捕集的二氧化碳输送到封存地点，比如废弃油气井、废弃煤矿、海洋等地，利用二氧化碳封存技术将二氧化碳以超临界状态封存到地质层或海洋深水层底下，并做好相应的密封措施。在地质层中的二氧化碳发生物理、化学反应后，可以被固定于地质层中，而且在一些废弃的油气井、煤矿等地方，还可以促进油气或煤层气再生，提高能源利用率。但是，作为一个正在研究和发展中的新型技术，有很多因素尚需考虑，其中对封存二氧化碳渗漏和泄漏的准确监测和预报就是一个难题。因为大气中二氧化碳本身含有较高浓度的二氧化碳且其随时间变化较大，碳封存项目中所泄漏的微量或少量的二氧化碳可能被淹没在复杂变化的背景浓度当中，很难监测到。到目前为止，研究者们提出了很多方法， 主要有涡量相关监测法(EC法)、测井微地震监测方法、集聚气室方法、激光雷达、示踪剂追踪监测法、碳稳定同位素监测等方法。这些方法具有各自的优点，但是存在以下缺点制约其在二氧化碳地质封存泄漏监测当中的应用。1)无法实现在线泄漏异常信号辨识。目前常用的方法是在地质封存项目实施前获取大量数据作为背景值，在封存项目实施后监测一段时间后，与封存前得到的背景值进行对比识别。这种判断比较滞后，比如EC法就需要在封存前监测一年周期内的数据，在封存实施后连续监测一年数据，然后将两年数据进行比较，才能判断是否发生泄漏；其它方法大都如此。2)大部分方法都无法直接得到泄漏通量值。因为泄漏通量密度可以直接反映在某一区域内的泄漏的二氧化碳的积累程度，可以通过算法容易估算实际泄漏量。但是目前除了一些通量监测方法，其它监测方法只能得到判断二氧化碳泄漏是否发生泄漏的相关参数，做定性判断，无法得到泄漏通量，比如超光谱成像、激光雷达、测井微震法等。尽管如此， 目前已有的通量方法，如集聚气室法，属于点式测量，无法在大面积范围内应用；EC法虽然可以监测广域范围内的通量密度，但是无法实现在线异常信号辨识。3)大部分方法属于点式测量方法，监测范围小，如果监测大面积的区域，需要很多的仪器装置，成本太高。在已有方法中，EC法可以监测m2-km2范围内的气体通量密度，但是直接监测二氧化碳泄漏受到一定的局限；4)很多提出的方法仪器装置复杂、昂贵，比如同位素跟踪需要质谱仪、激光雷达需要复杂的光学设备、测井微震法需要地质断层扫描仪等，无法在工业工程中普及应用。基于这些缺陷，研发能够在线辨识泄漏异常、直接得到泄漏通量，而且仪器简单、 成本较低的地质封存二氧化碳泄漏监测装置是十分必要的。
技术实现思路
本专利技术解决的问题在于提供一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法及装置，通过在线分析空气中氧气、二氧化碳相关性，在线扣除背景干扰浓度，得以实现直接二氧化碳泄漏通量监测。本专利技术是通过以下技术方案来实现一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法，包括以下步骤通过连续监测待测区域的二氧化碳的浓度Cc()2和氧气的浓度Co2，计算二氧化碳的浓度的变化量ΔΟ^π氧气的浓度的变化量ACcc32，以及氧气的瞬时通量和二氧化碳与氧气的氧碳交换比SiS=AQ32 /ACc02 ；以t为监测时间步长，以前一个时间步长内的监测作为当前时间步长的监测背景，以前一个时间步长内的平均氧碳比作为背景氧碳交换比Stl，以当时间前步长内的平均氧碳交换比作为S1;当前时间前步长内的二氧化碳泄漏通量F1通过下式计算得到F1 =(^-^)(-F0J其中，^2为前一个时间步长内的氧气瞬时通量。所述的氧气瞬时通量的计算还考虑垂直风速的波动、大气温度和湿度的影响，通过下式计算得到[0018权利要求1.一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法，其特征在于，包括以下步骤通过连续监测待测区域的二氧化碳的浓度Cco2和氧气的浓度Co2，计算二氧化碳的浓度的变化量AQ^p氧气的浓度的变化量ACcc32，以及氧气的瞬时通量和二氧化碳与氧气的氧碳交换比Sj=AQ32/ACc02;以t为监测时间步长，以前一个时间步长内的监测作为当前时间步长的监测背景，将前一个时间步长内的平均氧碳比作为背景氧碳交换比Stl，以当前时间步长内的平均氧碳交换比作为S1;当前时间前步长内的二氧化碳泄漏通量F1通过下式计算得到2.如权利要求1所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的方法，其特征在于，所述的氧气瞬时通量的计算还考虑垂直风速的波动、大气温度和湿度的影响，通过下式计算得到3.如权利要求1所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的方法，其特征在于，所述的F1通过下式计算得到如权利要求1所述的监测地质封存十算得到4.一种监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，包括数据检测单元，包括检测垂直风速的波动的三维超声风速仪、检测大气温度和湿度的温度湿度探头，以及检测氧气、二氧化碳的浓度的气体取样探头； 数据传输单元，采集数据检测单元所采集的数据并进行传输； 数据处理单元，接收数据传输单元传输的数据，通过二氧化碳的浓度和氧气的浓度计算二氧化碳与氧气的氧碳交换比，再结合垂直风速的波动、大气温度和湿度的数据计算氧气的瞬时通量，最后计算得到二氧化碳泄漏通量；监测中心，接收数据处理单元的计算结果并进行显示。5.如权利要求4所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的三维超声风速仪、温度湿度探头和气体取样探头安装在监测塔上，距地面的距离与监测半径比为 1 50 500。6.如权利要求4所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的三维超声风速仪、温度湿度探头和气体取样探头逆风方向安装，彼此之间的距离不超过lm，三维超声风速仪安装在温度湿度探头和气体取样探头的上方。7.如权利要求4所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的气体取样探头包括检测气室，检测气室的头部与进气罩相连接，进气罩的中心设有进气口，检测气室尾部的一侧设有出气口，检测气室内设有二氧化碳浓度检测传感器和氧气传浓度检测感器。8.如权利要求7所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的进气罩为半球形，进气口逆风安装；进气罩与检测气室之间设有滤网。9.如权利要求7所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的二氧化碳传感器包括对称安装的红外二氧化碳传感器发射端和红外二氧化碳传感器接收端，氧气传感器为电化学传感器，设置在出气口之上；检测气室的尾部还设有清理口。10.如权利要求4所述的监测地质封存二氧化碳泄漏的装置，其特征在于，所述的数据传输单元通过有线或无线方式将检测数据传输给数据处理单元。全文摘要本专利技术公开了了一种监测地质封存二氧化碳泄漏的方法及装置，通过在线分析空气中氧气、二氧化碳相关性，在线扣除背景干扰浓度，得以实现直接二氧化碳泄漏通量监测。监测装置主要包括数据监测单元、数据传输单元、数据处理单元以及监控中心，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：张早校，马登龙，邓建强，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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